电子技术基础课件3章

(4--25)
3.2.2加减运算电路 加减运算电路
(1) 反相求和运算： 反相求和运算：
uP = u N = 0 i11 + i12 = i F
U i1 − 0 U i1 − 0 0 − U O + = R11 R21 R2
ui1 i11 ui2 i12
R11 R12
iF ∆ ∆ ∆ ∆
R2
_ ∞ + +
(4--2)
集成电路内部结构的特点
1、电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差 、电路元件制作在一个芯片上， 方向一致，温度均一性好。 方向一致，温度均一性好。 2、电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到 、电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20 千欧，精度低。 千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元 件代替或外接。 件代替或外接。 3、几十 以下的小电容用 结的结电容构成、 、几十µF以下的小电容用 结的结电容构成、 以下的小电容用PN结的结电容构成 大电容要外接。 大电容要外接。 4、二极管一般用三极管的发射结构成。 、二极管一般用三极管的发射结构成。
uO = −(
R2 C1 du 1 + )uI − R2C1 I − ∫ uI dt R1 C 2 dt R1C 2
(4--32)
3.2.4对数指数运算电路 对数指数运算电路
利用PN结伏安特性的指数规律实现对数指数运算电路。 利用 结伏安特性的指数规律实现对数指数运算电路。 结伏安特性的指数规律实现对数指数运算电路
uN= uP= 0
uo iF = − R dui iC = C dt iC = i F
ui
－+ +
R2
∞
uo
du i u o = − RC dt
(4--29)
(2) 积分运算： 积分运算：
iC C iR
R R2
∞
ui iR = R
duo iC = − C dt
ui
+ +
uo
1 uo = − ∫ u i dt RC
+vCC uo
-vEE
输入级 要求： 尽量减小零点漂移,尽量提高 要求： 尽量减小零点漂移 尽量提高 KCMR , 输入电阻 Ri尽可能大。 尽可能大。
(4--6)
T4 反相端 uN uP 同相端 IS T3 T1 T2 T5
+vCC uo
-vEE
输入级
中间级
足够大的电压放大倍数
(4--7)
T4 反相端 uN uP 同相端 IS T3 T1 T2 T5
+vCC uo
-vEE
输入级
中间级 输出级
主要提高带负载能力， 主要提高带负载能力，给出足够的输出电流 io ，输出电阻 Ro小。
(4--8)
运放的特点和符号
运放的特点： 运放的特点： ri 高:几十 ∼ 几百 Ω 几十k 几百kΩ 几十 KCMR很大 ro 小：几十 ~ 几百Ω 几百Ω A od 很大:104以上 107 以上~ uN uP ∇ － ＋ ＋
(4--18)
uN uP
－ ＋
uo
U O = Aod ( uP − uN )
开环差模增益 Aod → ∞，所以
uP − u N = 0 即uP = u N
输入电阻r 输入电阻 i
称两个输入端“ 称两个输入端“虚短路 ” 所以输入端电流为零。 → ∞，所以输入端电流为零。 称两个输入端“ 称两个输入端“虚断路 ”
共模电压： 共模电压：ui 没有虚地概念。 没有虚地概念。
(4--23)
(3) 电压跟随器
uo = uN = uP = ui
ui
_ ∞ + +
∆ ∆ ∆ ∆
uo
此电路是电压 串联负反馈， 串联负反馈，输 入电阻大， 入电阻大，输出 电阻小， 电阻小，电压跟 随性能好。 随性能好。
(4--24)
以上电路计算的比较归纳： 以上电路计算的比较归纳： 1.它们都引入电压负反馈，因此输出电阻 它们都引入电压负反馈， 它们都引入电压负反馈 都比较小 。 2.对于单一信号作用的运算电路，分析运 对于单一信号作用的运算电路， 对于单一信号作用的运算电路 算关系时，先列出关键节点的电流方程， 算关系时，先列出关键节点的电流方程， 点和N点 然后根据“虚断” 如P点和 点；然后根据“虚断”和“虚 点和 原则进行整理。 短”原则进行整理。
第3章 集成运算放大电路 章
(4--1)
§3.1 集成运算放大电路
集成电路: 集成电路 优点: 优点 分类: 分类
将整个电路的各个元件做在一 个半导体基片上。 个半导体基片上。 工作稳定、使用方便、体积小、 工作稳定、使用方便、体积小、 重量轻、功耗小。 重量轻、功耗小。 模拟集成电路、 模拟集成电路、数字集成电路 小、中、大、超大规模集成电路 ……
PN结V- I 特性表达式 结 u / UT S
i = I (e
− 1)
iD=– IS – 1.0 – 0.5
iD/mA 1.0
其中
0.5
IS ——反向饱和电流 反向饱和电流 UT ——温度的电压当量 温度的电压当量 且在常温下（ 且在常温下（T=300K） ）
0
0.5
1.0 υ D/V
PN结的伏安特性 结的伏安特性
(4--11)
(4--12)
uo = f ( u P − u N )
(4--13)
uo = f ( u P − u N )
线性区
uo = Aod ( uP − uN )
Aod：差模开环放大倍数 非线性区
+UOM
uo = ±U OM
−UOM
uN uP － ＋ uo
(4--14)
在运放的线性应用中， 在运放的线性应用中，运放的输出与 输入之间加了负反馈， 输入之间加了负反馈，运放工作于线性状 态。 信号的放大、运算 信号的放大、 运放线 性运用 有源滤波电路 恒压源、 恒压源、恒流源电路
输入电阻小和“虚地” 输入电阻小和“虚地” 是反相输入的特点。 是反相输入的特点。
(4--22)
(2) 同相比例运算放大器 R2 uN= uP= ui
u o − ui u i = R2 R1
R2 uo = (1 + )ui R1
ui
R1 RP
_ ∞ + +
∆ ∆ ∆ ∆
uo
电压串联负反馈 输入电阻高。 输入电阻高。
(4--3)
基本原 理框图
T4 反相端 uN uP 同相端 IS T3 T1 T2 T5
+vCC uo
-vEE 输入级 中间级 输出级
(4--4)
与uo反相
T4 反相端 uN uP 同相端
与uo同相ຫໍສະໝຸດ (4--5)uo T3 T1 T2 T5
IS
T4 反相端 uN uP 同相端 IS T3 T1 T2 T5
kT UT = = 0.026V= 26 mV q
(4--33)
(1) 采用二极管的对数运算： 采用二极管的对数运算：
i D ≈ I S (e
uD uT
− 1) ≈ I S e
uD uT
iD uD ≈ uT ln IS
uI iD = iR = R
uI uO = − uD ≈ − uT ln IS R
RP
uo
R2 R2 u 0 = −( u i1 + ui 2 ) R 11 R 12
(4--26)
(2) 同相求和运算： 同相求和运算： R1 RF
∞
此电路如果以u 此电路如果以 P为 则输出为： 输入 ，则输出为：
RF u0 = (1+ )u P + R1
+
u u
R21
i1
+
R22
i2
R22 R 21 up = ui 1 + ui 2 R 21 + R 22 R 21 + R 22
Ii = 0
ri = ∞
虚开路 － Aod ＋
ro = 0
放大倍数与 uN 负载无关， 负载无关， 可以分开分 uP 析。
uo
(4--16)
3.3 集成运放在信号运算方面的应用
一、理想运放的两个工作区
1.理想运放的性能指标 理想运放的性能指标 输入电阻 共模抑制比 输出电阻 开环差模增益 上限截止频率
RF R12 R11 所以： 所以： O = (1 + u )( ui 1 + ui 2 ) R1 R11 + R12 R11 + R12
(4--27)
-
+
uo
_
uP ~ ui1 、ui2？
ui1 − u p R21 + ui 2 − u p R22 =0
(3) 加减运算电路
R2
uP = u N
ui1 ui2 R1 R1
(4--15)
由于集成运放的开环放大倍数很大， 由于集成运放的开环放大倍数很大，输 入电阻高，输出电阻小， 入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其 理想化，称其所谓的理想运放 理想运放。 理想化，称其所谓的理想运放。
理想运放的条件： 理想运放的条件：
虚短路
uP = u N
A0 d = ∞
u o = A0 d ( u P − u N )
_ ∞ + +
∆ ∆ ∆ ∆
uo
Ri=R1 反馈方式： 反馈方式： 电压并联负反馈 输出电阻很小！ 输出电阻很小！
平衡电阻， 平衡电阻，使输入端 对地的静态电阻相等。 对地的静态电阻相等。
RP=R1//R2
(4--21)
R2
ui R1 RP